电能质量范文

导语：如何才能写好一篇电能质量，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一是电网频率,我国电力系统的标称频率是50Hz,并且规定在电力系统的正常运行条件下,其频率偏差限值为±0.2Hz,如果电力系统的容量较小时,这一偏差限值可以适当放宽到±0.5Hz。二是电压偏差,35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不得超过标称电压的10%;20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%;220kV单相供电电压偏差为标称电压的+7%、-10%。三是三相电压不平衡,在对应的相关标准中规定当电网正常运行时,负序电压不平衡度不能超过2%,短时不得超过4%;对于接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%,短时不超过2.6%。四是公用电网谐波,我国标准规定6~220kV各级公用电网电压总的谐波畸变率是0.38kV为5.0%,6~10kV为4.0%,35~66kV为0%,110kV为2.0%,并且要求注入电网的谐波电流允许值要和各级电网谐波电压限值相匹配。五是公用电网间谐波,规定间谐波电压含有率是1000V及以下小于1000Hz为0.2%,100~800Hz为0.5%,1000V以上小于100Hz为0.16%,100~800Hz为0.4%,800Hz以上目前尚处于研究之中。六是波动和闪变,对于电力系统公共连接点,在系统运行的较小方式下,以一周为测量周期,所有长时间闪变指Plt满足小于等于110kV时,Plt值为1,大于110kV时,Plt值为0.8。

2电能质量的改善措施

1完善监督管理体系这是要求从宏观管理的角度来提高对电能质量的监督管理水平。首先是要建立和完善电能质量的相关规章制度,提高电能质量监督管理的正规性和有效性,在此基础上建立科学合理的监管体系,完善监管手段,借助信息化管理手段和监测技术实现电网电能质量的实时性监测;其次是要组织协调进行大范围的谐波检测工作,收集大量原始的测量数据,在此基础上形成针对电网谐波状况的分析评估报告;最后是提高对电网事故的响应速度,及时处理出现的各种严重的电能质量问题,最大限度地减少损失,并在以后的工作积累经验,做好事故预防工作。2安装可靠的电能装置目前国内在抑制谐波、解决三相不平衡问题和降低电压波动等方面的研究技术相对来说已经比较成熟,形成了一批相关的设备和装置,并取得了一定的应用范围。比如研究成功的快速调节无功功率的SVC装置已经在采矿和冶金等行业中广泛用于冲击性负荷的补偿。国外一些公司也有很多创新性的技术出现和成果转化,这些都会很多电能质量问题的解决提供了切实可行的途径。我们在电能质量改善实践过程中,要重视对这些电能装置的使用,积极地尝试各种最新的技术,淘汰更换落后的技术装备,应及时对电力系统进行改造,从而提高其技术水平,以上这些方案都对进一步改善电能质量起着非常基础性的作用。3加强电能质量的相关研究工作电能质量的提高在很大程度上离不开相关理论的创新和技术的进步。最重要的是要注重对电能质量标准的研究和制度工作,在标准方面一些国际组织,如国际电工委员会(IEC)、国际大电网会议(CIGRE)和国际电热协会(UIE)等,都有专门的人员在研究和制定相应的电能标准体系,我们一方面要紧跟国际标准的步伐,借鉴他们的最新研究成果;同时要结合自身的情况积极开展研究工作,根据实际需要制定出更加细化和使用的标准,用来指导电能指标的测量和分析工作。

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关键词：电能质量节能技术标准

0引言

电能是一种经济、清洁、实用的能源形态，是电力部门向电力用户提供的由发、供、用三方面共同保证质量的特殊商品。电能作为商品，无疑应讲究质量。电能质量关系到电力系统和电气设备的安全和效率，关系到节能降耗、关系到生产、日常生活以及国民经济的总体效益。近年来，随着社会经济的飞速发展,电网规模不断扩大,电能质量问题日益突出。一方面，各种非线性负荷及电力电子设备在电网负载中所占比例急剧增加，电能质量污染引起供电品质、供电可靠性下降，同时引起电能损耗增大；另一方面，技术的进步使公用电网、高科技型用户、精密负载等对供电可靠性、电能质量的要求越来越高。电能质量问题已日渐成为现代电网面临的一个必需认真对待并应寻求有效措施改善的技术焦点。同时，着力构建资源节约型和环境友好型社会，以提高电力能源利用效率为核心，努力营造有利于节电降耗的环境，以电力资源的高效利用，促进社会经济的全面提升和可持续发展，已成为我国广大电力工作者孜孜以求的目标。因此，电能质量与节能技术问题备受关注。

1电能质量的基本概念

一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦波形，按规定的电压水平(标称电压)对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等，相位互差120°的对称状态。由于系统各元件(发电机、变压器、线路等)参数并不是理想线性或对称的，负荷性质各异且随机变化，加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态在实际当中并不存在，而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的问题，也就产生了电能质量(Power QuaHty)的概念。

从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。但迄今为止，对电能质量的技术含义还存在着不同的认识，电力企业可能把电能质量简单地看成是电压(偏差)与频率(偏差)的合格率，并且用统计数字来说明电力系统电能99％是符合质量要求的；电力用户则可能把电能质量笼统地看成是否向负荷正常供电；而设备制造厂家则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要。相关文献中对电能质量的定义为：“导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。”这个定义简明概括了电能质量问题的成因和后果。

2电能质量与节能的关系

随着电网电能质量污染日益严重，各种电能质量治理措施提上日程，它们对系统的节能降耗又起到了积极作用。同时，电力市场化使的节能技术日益受到关注，而近年来，电力电子技术的进步也带动了节能技术不断发展，在电网中大量应用的节能设备大都使用了电力电子技术，它们都对电网电能质量产生了一定的影响。由此，也引起了广大电力科技工作者对电能质量和节能之间的关系进行研究。电能质量与节能的关系，可以从两个方面来论述，一是控制电网电能质量会带来节能效益，二是节能技术对电网电能质量也有影响。

1、电能质量控制的节能效益

在各种控制电能质量的措施中，会带来节能效益的有两种：谐波抑制技术和无功补偿技术。

谐波治理带来的节能效益：谐波会在电网和各种电气设备（旋转电机、变压器等）上造成大量谐波功率损耗，高次谐波分量比低次谐波分量更容易引起损耗（但电网中高次谐波含量一般远低于低次谐波，谐波损耗主要还是低次谐波引起）。因此，采用各种谐波治理措施消除公用电网谐波，可以有效降低谐波功率损耗，带来重大节能效益。

无功补偿措施带来的节能效益：功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗有功功率的同时，所需的无功功率。对于农村用电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。通过合理配置无功功率补偿设备来提高系统的功率因数，从而达到节约电能、降低损耗的目的。

2、 节能技术对电能质量的影响

节能技术对电能质量的影响主要体现在两个方面，一是各种节能设备的使用有可能恶化电网电能质量，二是各种扩展节能技术的使用也会导致电能质量变差，如并联电容补偿装置参数配置不合理引起的电网谐振、分布式发电技术也会引起电网电压和电流的畸变。

目前得到广泛使用的节能设备有节能灯具、高效率空调和热泵、高效率电动机、高效率烘干机等，它们都使用了电子开关技术。

3电能质量相关标准

电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使用电能的基本技术规范，是实施电能质量监督管理、推广电能质量控制技术、判断电能质量的基本技术依据，也是维护供用电双方合法权益的法律依据。为了更好的监测、控制、和治理电能质量，国际电工委员会（IEC）、IEEE等制定并颁布了一系列规范和标准。我国国家质量技术监察局也相继制定并颁布了以下电能质量标准。

GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》

GB/T 12326-2008《电能质量 电压波动和闪变》

GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》

GB/T 15543-2008《电能质量 三相电压不平衡》

GB/T 15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》

GB/T 18481-2001《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》

GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》

GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》

电能质量标准的颁布、贯彻及实施，为保证电能质量，实现节能减排提供了强力的技术支撑。

4电能质量污染及其对节能的影响

4.1 影响电能质量的原因

影响电能质量的原因各种各样，大体上可分为外部原因和内部原因：

外部原因如：雷击线路、外力破坏、树枝影响、配电设备故障、电容器的投切、线路的切换等都可能干扰系统，造成断电或电压扰动，甚至影响到相临线路，导致有害影响蔓延。

内部原因主要是指系统本身带有的各种电能质量污染，如电弧炉、整流器、单向负荷、大功率电动机等干扰性负荷（包括冲击性负荷、不对称负荷和非线性负荷）。这些负荷对电网产生负面影响，如谐波、无功冲击、负序等，而且这些负面影响可能通过公共连接点（PCC）波及其它终端用户。

电能质量污染源又可按照它们在电网中所处的位置不同，分为电网侧电能质量污染源和用户侧电能质量污染源：

（1） 电网侧电能质量污染源。

电力设备及装置的自动保护和正常运行。如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合对电能质量的影响，使额定电压暂时降低、产生电压波动与闪变等。

（2） 用户侧电能质量污染源。电力系统非线性负荷、冲击性负荷等的大量投运。如炼钢电弧炉、电气化机车运行等对电能质量的影响，使公用电网产生大量的谐波干扰、电压波动和闪变等。

4.2 电能质量污染对节能的影响：

各种控制电能质量污染问题中，对节能问题有直接影响的主要是电力系统谐波污染。谐波除了会造成电网污染外，还会产生谐波功率，在电网和电气设备上造成附加损耗，带来能源浪费。采用相应措施消除谐波是电网节能措施的一个重要方面。

（1）谐波由谐波源(非线性设备和负荷)注入系统，会损坏系统设备(如电容器、电缆、电动机、电压互感器等)，威胁系统的安全运行(如继电保护及自动装置误动)，增加系统的功率损耗(如线损)，增大测量仪表的误差(如电能表)，干扰通信等。

（2）谐波的存在会对电力设备造成损坏，加速绝缘老化。

（3）谐波叠加后的电压峰值对节电器件老化有很大的影响，研究表明，谐波对其寿命的主要影响因素为电压峰值、电压均方根值和电压波斜率。其中峰值对它的寿命影响最大。

（4）作为并联成套装置的节电设备，它都是在谐波干扰下运行的，主要影响如下：

畸变的电压波形使节电器件局部性能下降。

严重的谐波过电流使节电器件损耗功率增加，导致异常发热。

5 电能质量治理控制与节能效果

电能质量治理控制是改善电能质量指标的唯一手段，是优质供用电的必要条件，也是节能降耗的主要手段。电能质量污染的治理控制主要包括谐波抑制、无功补偿、电压调整、频率调节、三相不平衡治理、闪变抑制、瞬态电压事件的控制等。下面简要介绍谐波抑制、无功补偿、电压调整、频率调节等几种治理控制技术，并对电能质量控制的节能效果进行简单分析。

5.1 常规谐波抑制与无功补偿技术

常规谐波抑制与无功补偿技术，主要是无源型的LC滤波补偿技术，是最为广泛采用的电能质量治理控制手段，也是实施节能降损的主要途径。与该技术相关的研究内容有无功补偿量的确定、无源滤波器组的参数设计等。

无功补偿量的确定：无功补偿及谐波抑制中，所需基波无功补偿量的确定是基础，目前，有计算法及实测法两种方法。无功补偿量的计算法：无功补偿量的计算有两种，即根据功率因数的改善计算和目线运行电压的提高计算。

无源滤波器组的参数设计：无源滤波器组安装在带有非线性负荷的节点上，既能抑制谐波电流注入电力系统、降低节点的谐波电压，又能提供该节点的无功补偿。无源滤波器组参数的设计既要满足注入系统的谐波电流限制、节点的谐波电压及电压总谐波畸变率限制和无功补偿的要求，又要保证多个安全运行条件，如电容器的过点压、国电流及发热约束，滤波器组内并联谐振约束及滤波器组与外部系统的并联谐振约束，同时又能使投资最小。

5.2 自动电压控制技术

电压质量的控制是运行关注的重点。近年来，随着经济的持续稳步发展，系统负荷增长较快，电网结构日趋复杂，跨区域远距离输电的交流输电通道或交直流并联输电通道越来越多，在某些受端负荷中心动态无功备用不足和输电通道过于集中，增加了电压调控的难度，降低了系统运行电压的电压质量和合格率；在发生系统故障时，增加了全网电压失稳和崩溃的可能性。同时，电网运行损耗也将增大，降低系统运行的经济性。

随着电网规模的扩大，对电网电压的调控主要应从以下几方面考虑。

1、无功规划

电网电压调控手段主要依赖于无功，因此，合理的全网无功规划和配置有效的调控手段是实现电网无功电压优化控制的基础。

2、调控的设备和方式

传统的无功电压调控手段主要有电容器、电抗器、有载调压分接开关等，控制方式也主要是就地控制。随着运行控制要求的提高，对调控手段也提出了新的要求，如动态、实时调控等，在此背景下，SVC、STATCOM等得到一定程度的运用，控制方式也要求能实现区域性的分级自动优化控制。欧美等国以及国内一些网省公司实施全网二级或三级电压控制后，都取得了良好的效果。

3、电厂自动电压控制

电厂自动电压控制是通过优化控制各机组的无功功率，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的。

5.3 串联补偿技术

随着电力需求的不断增长及电力工业的发展，电力系统已进入大电网、大机组、高压交直流输电的新阶段，应用远距离大容量的高压输电技术，已成为电力工业发展的重要手段之一。其中，串联（电容器）补偿技术已日渐广泛使用，该技术采用电容器组串联于交流输电线路中，用于补偿交流输电线路的电气距离，来提高输电线路的输送功率，改善系统稳定水平，减少线路回数，降低输电线路损耗的目的。

串联补偿技术主要分两类：

1、固定串补（Fixde Series Compensator,FSC）.它是补偿度（补偿电容器组的容抗与补偿线路的感抗之比）固定的串联补偿装置。

2、 可控串补（Thyristor Controlled Series Compensater,TCSC）.它是利用电力电子手段调节补偿度的串联补偿装置。

5.4 按频率、电压减负荷技术

电力系统在正常运行工况下的电能质量指标应控制在标准允许的限值范围内，在异常工况或故障情况下，对相关电能质量指标也应采取一定的手段或措施控制。系统在故障情况下，由于机组退出，线路断路器分闸或网架的解列，会导致系统有功、无功供需不平衡，引起系统频率、电压下降，如这种趋势不能尽快遏制，继续发展下去，将出现频率崩溃或电压崩溃。

按频率、电压减负荷技术是防止电力系统发生频率、电压崩溃的系统安全自动装置技术，作为电力系统的第三道防线，其正确动作与否将直接影响到能否实现电力系统的安全稳定运行，也是电力系统在严重事故情况下，保证系统频率、电压等电能质量指标维持在一定水平的主要手段。

目前，按频率、电压减负荷普遍采用基于反映检测的稳定控制原理，即按照预先规划好切负荷的方案，包括切负荷频率、电压水平的确定，切负荷地点、切负荷量的确定，合适的切负荷时间等，当系统发生严重故障扰动时，引起的系统频率、电压降低到预先给定的某个水平并经预定的时延后，实施切负荷。

5.5 电能质量控制的节能效果分析

电能质量控制的节能效果，应从两方面考虑，即电力用户和电力系统。

一、电力用户

1、直接经济效益

a)减少功率因素罚款，甚至有功功率因素奖励。b)节约能源。C)提高企业利润。

2、企业内部设备运行可靠性提高

a)电动机、电容器、电缆等故障率下降。b)电动机运行平稳。C)变压器温升下降，噪音明显降低。d)企业内部电子设备故障率下降，如计算机、数控设备等。e)减少生产成本。f)提高企业的整体生产率。

3、对电网及周边用户的影响减少

a)系统供电变电所内电容器、变压器问题减少。b)周边用户用电设备故障率下降。c)用户投诉下降。

二、电力系统

技术降损的措施主要有：

1、通过指标分析、测算、分解及优化运行，提高全网电压质量，实施全网及区域无功电压优化控制，加强无功、电压、线损运行管理等。

2、技术措施：简化电压等级，缩短供电半径，减少迂回供电，合理选择导线截面合变压器规格、容量，防窃电等。

6 结论与建议

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论文摘要：结合实际阐述电能质量的几种改善方法与措施；无源滤波器、有源滤波器、静止型无功补偿装置，介绍了它们的基本组成和原理，这些方法可以有效地解决稳态时的电压质量问题；文章还就电能质量技术的改进与提高，提出系统化综合补偿技术是解决电能质量问题的“治本”途径，以解决动态电能质量问题。

一、电能质量指标

电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。

电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，参考IEC标准、从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：

(1)低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电，电网频率变化，低频感应电压，交流网络中的直流；(2)低频辐射现象：磁场、电场；(3)高频传导现象：感应连续波电压与电流，单向瞬态、振荡瞬态；(4)高频辐射现象：磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态)；(5)静电放电现象。

对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。

保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。

电能质量指标国内外大多取95％概率值作为衡量依据，并需指明监测点，这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行，而且应具备承受短时超标运行的能力。

二、电能质量标准

综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准，中低压电能质量标准分5大类13个指标。

(1)频率偏差：包括在互联电网和孤立电网中的两种；

(2)电压幅值：慢速电压变化(即电压偏差)；快速电压变化(电压波动和闪变)；电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms～lmin)内下降到90％的额定值以下，然后又恢复到正常水平，会使用户的次品率增大或生产停顿)；短时断电(又称电压中断，是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min，电压中断使用户生产停顿，甚至混乱)；长时断电；暂时工频过电压；瞬态过电压；

(3)电压不平衡；

(4)电压波形：谐波电压；间谐波电压；(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起，如大功率的交一交变频，间谐波的频率不是工频的整数倍，但其危害等同于整数次谐波)。

(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制)

三、电能质量污染的治理

1、治理的基础性工作

首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。

2、SVC装置

近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。

Qi＝QD+QL-Qc (2)

式(2)中Qi、QD、QL、Qc分别为：系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。

当负荷产生冲击无功QD时，将引起

Qi＝QD+QL+Qc (3)

其中Qc=0，欲保持QC不变，即Qi＝0，则QD＝-QL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。

SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式：

(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)SVC，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。

(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)，优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级防火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，不能得到广泛采用。

(3)可控硅开关控制电容器型(TSC)：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。

(4)自饱和电抗器型(SSR型)：维护较简单，运行可靠，过载能力强，响应速度快，降低闪变效果好，但其噪音大，原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷的能力。

3、无源滤波装置

该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。

4、有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。

APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：

a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；

b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；

c.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

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【关键词】分析；监测；质量；电压；电能；电网。

【Abstract】 With the the the rapid development of of the economy, the the proportion of of the nonlinear load user in the the power grid continuously improve the, the power quality of arising therefrom the power supply a serious decline in, the performance of too more and more prominent.

Key words：analysis; monitoring; quality; voltage; electricity; grid.

中图分类号：TJ765.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着经济的快速发展，电网中非线性负荷用户的比例不断提高，由此而产生的供电电能质量严重下降，表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响电力企业及广大用户的经济效益。

这种现象在北京孙河220kV变电站表现十分严重，它不但使变电设备的安全运行无法保证，而且影响到当地的企业生产用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统，对10kV母线的电能质量进行了连续的监测。

1孙河220kV变电站电能质量在线监测系统介绍

为了加强对电能质量的管理和监控，2002年在孙河220kV变电站建立了电能质量在线监测系统，进行实时在线监测。此前，该站经常烧TV保险，曾多次发生过TV爆炸的事故，存在严重的谐振现象。

采用电能质量在线监测仪进行实时监测，该装置主要有以下几种监测和统计功能：(1) 三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率；

(2) 三相电压、电流总谐波畸变率；

(3) 三相有功、无功功率及其方向；

(4) 总的有功功率、无功功率，功率因数及相位移功率因数；

(5) 电网频率、线电压、电压偏差；

(6) 电压不平衡度、负序电压、负序电流。编辑： 。

电能质量在线监测单元，安装在220kV孙河变电站10kVII段母线，服务器安装在监控中心，是集通讯/数据库/Web于一体的服务器，与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据，同时监控数据通过Web服务器对MIS系统开放，支持Web浏览方式，做到数据共享，公司所有局域网内的微机，均可通过Web浏览进行访问，查看电能质量分析的各种报表和数据，了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。

2变电站概况及监测结果

该变电站有主变压器2台，容量均为180MVA，220kV母线、110kV母线、10kV母线均分段并列运行，有并联补偿电容器一组，容量为2700kvar，正常运行方式为2号主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电主要集中棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等，这些也是该站主要的谐波源。

3对电能质量的分析

根据监测数据和结果分析：

(1) 从谐波电压总畸变率表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，实际情况为三相总畸变依次是：6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kV电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时，应严格控制谐波源，以避免谐波分量进一步提高，给电网造成较大的安全隐患。

(2) 从各次谐波电压含有率水平表1可见：3次谐波含有率较高，A相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。

(3) 谐波电流均不超标，主要谐波频次为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。

(4) 根据上述分析可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。

(5) 根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kV母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kV母线电压偏高。

(6) 根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kV母线接有大的冲击性负荷，或出现B相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。

(7) 根据电压偏差可知各相电压合格率：A相2.69%、B相97.8%、C相94.6%，A相合格率较低，且绝大部分为正偏差。

由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。

4影响电能质量的因素及其对策

影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类：

(1) 电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频过程中产生大量的谐波；

(2) 电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉；

(3) 家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；

(4) 高新技术应用的多种设备，如电子计算机、功率调节器、节能灯等。

对220kV孙河站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。

谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，要从改进自动化装置的制作工艺和工作原理入手，加强装置的抗干扰能力，防止装置误动作。整理： 。

但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。

(1) 对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装设谐波滤波器来降低谐波电流。

(2) 对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：限制均衡的3次谐波，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器。

(3) 安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个理想的正弦波。这种滤波设备，靠数字信号处理(DSP)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器正在日益推广应用。

(4) 对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。

为了改善220kV站的电能质量状况，对该站采取了一系列措施：

在10kV TV、110kV TV的一次侧中性点加装非线性电阻；

在10kV母线加装消谐装置；

在2号主变110kV侧中性点加装消谐装置；

改变10kV并联补偿电容器的参数，消除谐振，减少对谐波的放大作用。

经过治理，现在已很少烧TV保险，也没有发生TV爆炸事故，而且电能质量状况较以前有较大的改善。

5结束语

为了保护电网的安全运行和用户的安全用电，针对目前电网电能质量严重超标且正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行的问题，对典型变电站电能质量进行了实测和综合分析，并采取了有效的防范措施，取得了成效，从而限制了污染电网的强干扰源（如谐波源），确保电力系统的安全、可靠、经济运行，保护电力用户的合法权益。

［参考文献］：

篇5

近年来，大量电能质量监测点的建立，使得电能质量数据增加，为处理大量的电能质量监测数据，提出了一种基于方向小波变换的电能质量数据压缩方法。将一维的电能质量数据转换成二维的数据，得到经过此变换分解的二维数据的小波系数，再将这些小波系数应用图像压缩中的SPIHT（多级树集合分裂）编码算法，压缩二维表示的电能质量数据。实验结果表明，此方法具有压缩率高、速度快，控制压缩比和特征不变的特点，有利于根据网络的状况调节传输的数据量。

关键词：

电能质量；方向小波变换；多级树集合分裂编码（SPIHT）

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1005-3824（2014）01-0032-04

0 引 言

近年来，由于用户对电能质量要求的提高，电力部门组建了不同规模的电能质量监测网，各监测点之间传送的电能质量数据量十分庞大，监测点与监测中心之间的通信量也很大，无论是传给监控中心还是就地存储都非常困难，必须对电能质量数据进行压缩。比如，日本富士公司的PowerSataliteII计测终端记录了一段长为2 s的电能质量故障，生成的记录文件有948 kB。由此可以看出，庞大的数据量占用了大量的有限存储空间和网络资源。如果能对电能质量数据进行有效的压缩，将更有利于组建大规模的电能质量监测网。

Santoso等提出了小波系数阈值压缩方法，通过小波变换，提取小波系数，再利用阈值法选取小波系数中的有用成分，实现数据压缩。Panda等运用改进小波的阈值处理方法来进行数据压缩。Gerek等将一维的电能质量数据转换成二维形式进行压缩，此方法更加形象，相关度更高，获得了很好的压缩效果。以上方法都运用了小波变换，但小波变换的计算复杂度高，计算时需要消耗大量的内存，成本高[1]。Ahmed等提出了离散余弦变换（DCT）方法，借助了电能质量的周期性和DCT算法的简便性，简化了电能质量压缩算法。因此，受到图像压缩方法的启发，采用方向小波变换的方法，并结合SPIHT编码对电能质量数据进行压缩，在取得高压缩比的同时，也保持了信号的关键信息。

1 二维表示的电能质量数据

电能质量数据是由电流或电压采样来的一维数据。一维数据并不能直接运用图像的压缩方法，但由于电能质量数据具有周期性，因此将采集得到的一维电能质量数据按其波形数据轴距的周期性进行整数倍截断，将截断的相同长度的数据排列成二维矩阵，得到二维数据[2]，如图1所示。以采样点为行，信号周期为列，幅值用灰度值表示，二维矩阵等同于灰度图，如图2 所示。

电力系统的电能质量数据具有周期性，因此变换为二维矩阵的电能质量数据在行列间均存在冗余性。二维矩阵与一维向量相比，大大增加了数据间的冗余性，二维矩阵经过方向小波变换后，降低了其行列间的冗余度，与传统的小波变换相比，提高了压缩性能[3]。

二维表示的电能质量数据与一维数据相比，有其无法比拟的优势。当未发生电力故障时，电能质量数据在水平和垂直方向均几乎没有明显的变化，采样时间足够短时，二维数据在水平方向的变换也是缓慢的。但当发生电力故障时，一维数据只在水平方向发生变换，而二维数据在水平和垂直方向上均有明显变化，因此二维表示的电能质量数据能更直观形象地反映电力故障[4]。

2 方向小波变换

〖BJ（，，，〗〖BJ）〗

传统的小波变换是采用改变时间―频率窗口形状的方法，解决了时间分辨率和频率分辨率的矛盾，在时频平面，母小波通过伸缩和平移构成小波簇，使其在时间域和频率域都具有很好的局部化性质，在信号的低频部分，采用宽的时间窗，得到高的频率分辨率，对信号中的高频部分，采用窄的时间窗，得到低的频率分辨率[5]。

小波变换定义为

f（a，b）=∫f（t）Ψ* a，b（t）dt （1）

3 SPIHT算法

SPIHT算法是由A.Said和A.Pearlman根据Shapior零树编码思想提出的基于分层树集合分割排序的编码算法。SPIHT算法是一种非常有效的高性能编码算法。其主要特点是计算复杂度极低，图像恢复质量高，解决了传统图像编码算法计算复杂度随编码效率的提高而增加的问题，充分利用了小波变换的空间―频率特性。SPIHT算法的内嵌编码特征，使其在编码时能按照图像的质量达到标准时而自行停止编码的要求[10]。

图像经方向小波变换后[11]，具有以下特征：

1）在低频部分聚集了大量的能量，且能量的分布趋势是由高频到低频递增；

2）高频部分的能量主要集中在原始图像的边缘，轮廓等位置。

SPIHT算法将所有的系数按空间方向树的结构组织起来，分成3张链表，这3张链表也在随着编码的进行而不断更新[12]。

重要系数表（list of significant pixels，LSP）：LSP存放已通过显著性阈值测试判断出的重要节点的坐标。

不重要系数表（list of insignificant pixels，LIP）：LIP存放已通过显著性阈值测试的非重要节点的坐标。

不重要集合表（list of insignificant sets，LIS）：它的每一项都是一个D型或L型节点，该节点所在子集内的所有系数的绝对值均小于所有曾使用过的显著性测试阈值。

SPIHT的编码过程如下[13]：

1）初始化：确定初始量化门限值T0=2no，其中n0=[Ib（max{cij}）]，LSP为空表，而LIP和LIS表中存放的全为低频子带的所有系数。

2）分类过程：分类过程只针对LIP和LIS 2个链表。LIP链表中，如果它的全部系数点都小于该级的量化门限值，则输出为0，否则输出为1，则这个系数成为重要系数点，并对其符号和最高有效位进行编码，最后将其转移到LSP链表中。LIS链表中，对LIS链表中的所有系数进行检测，若其所有系数均小于该级的门限值，则该空间方向树编码为0，否则编码为1，如此形成新的空间方向树，并更新相应的LIP和LIS。

3）分类细化过程：该过程只对LSP进行。输出LSP中的每个系数在该级编码平面的值，但并不包括在同级编码分类过程中新加入LSP链表的系数。

4）更新门限值：调转到步骤2），更新门限值，进行下一步编码。

4 结果分析

利用方向小波变换对图像提取水平，垂直，对角线的系数，然后利用SPIHT编码进行压缩，如图5和图6所示。

5 结 论

电能质量数据通过二维表示，应用SPIHT编码进行压缩，此编码过程不需要进行训练，也不需要事先了解数据，二维编码可以在任意比特率或目标失真时终止，解码也可以在比特流中的任意点终止。通过实验，此方法可以获得较高的压缩率，并且同时保证了数据特征不变，不影响对电能质量的分析。总之，此算法实现简单、编码解码速度快，有利于电能质量的存储和传输。

参考文献：

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作者简介：

何 丰（1962-），男，重庆人，教授，主要研究方向为数据压缩和物联网；曾春夏（1987-），女，四川泸州人，硕士研究生，主要研究方向为数据压缩；管 春（1976-），男，重庆人，副教授，主要研究方向为电能质量和数据压缩。

Two-dimensional power quality data compression

HE Feng1，ZENG Chunxia2，GUAN Chun1

（1.School of Optoeletronics，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，P.R.China2.College of Communication and Information，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，P.R.China）

Abstract：

In recent years， to create a large number of power quality monitoring， the power quality data increase. To deal with a large amount of electric energy quality monitoring data， put forward a directional wavelet transform for power quality data compression based on. The one-dimensional power quality data into two-dimensional data， get some wavelet coefficient though this decomposition of 2-D data， SPIHT coding algorithm in image compression， compression of a two-dimensional representation of the power quality data. The experimental results show that， this method has high compression ratio， speed ，control the compression ratio and feature invariant，it is conducive to adjusting the amount of data transmission according to the status of the network.

篇6

关键词： 电能质量； 评估模型； 支持向量机； 支持向量回归机

中图分类号： TN915.853?34； TM714 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）23?0148?04

Electric power quality assessment based on support vector regression

WU Zhengling1， ZHANG Nannan2

（1. Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin 132022， China；

2. The Forty?seventh Division of the Army Reserve of the People′s Liberation Army， Jilin 132013， China）

Abstract： The traditional method and neural network method have the shortcomings in the aspect of electric power quality evaluation， a new electric power quality evaluation method based on support vector regression is proposed. The electric power quality evaluation indicator system was established according to the electric power quality standards and relevant literatures. The grade interval of the electric power quality evaluation indicator is given. On the basis of the principle of support vector regression and electric power quality evaluation indicator， the electric power quality evaluation model based on support vector regression was established. The simulation results of the application examples show that the established evaluation model has strong generalization ability， and the obtained evaluation result is more reasonable and reliable than that of other evaluation methods.

Keywords： electric power quality； assessment model； support vector machine； support vector regression

0 引 言

近年来随着电力工业和电力电子技术的迅猛发展，电力用户采用了大量时变控制的非线性设备，电网中接入了大量的冲击、非线性负载及不平衡负荷，引起了日益严峻的电能质量问题。同时，智能电网建设及新能源的发展又对电能质量提出了更高的要求。对电能质量进行科学地评估是提升电能使用效率、电能商品按质计价和电能质量治理等的重要保障，已成为电能质量研究中的热点问题。电能质量评估属于多指标非线性评估问题，在评估过程中指标权重确定的是否科学合理直接影响到评估结果的合理性和有效性，文献[1?7]分别采用改进雷达图法、模糊集对分析法、模糊层次分析法、灰色关联度和理想解法相结合的方法、区间数理论、云物元分析理论和可拓云理论对电能质量评估问题进行了深入研究。上述研究方法分别采用主观赋权法、客观赋权法或主客观相结合的组合赋权法确定各评估指标的权重值，由于不同的权重确定方法计算出的指标权重差异较大，仅从评估结果的合理性很难推断出各种权重确定方法的有效性。为了避免权重计算的复杂性和不确定性，文献[8?9]分别采用模糊神经网络和自组织特征映射网络的智能评估方法研究电能质量评估问题，克服了传统评估方法在权重确定方面的不足，并取得了较好的效果。

虽然神经网络具有良好的非线性逼近能力和较强的泛化能力，但神经网络方法自身存在着许多不足，如学习效率不高、样本需求量大、收敛速度慢和网络结构难确定等问题。支持向量回归机（Support Vector Regression，SVR）是支持向量机在回归领域的具体应用，具有泛化能力强、训练时间短、全局优化和抗干扰能力强等优点，因其出色的预测效果，被广泛应用于解决小样本、非线性预测问题[10]。文献[11]采用神经网络和支持向量机相结合的方法对110 kV高压电网的电能质量评估问题进行研究，取得了较好的评估结果。鉴于此，本文尝试采用支持向量回归机对380 kV高压电网的电能质量评估问题进行研究。

4 应用实例

这里以文献[4?7]中的评估数据为例，对构建的电能质量评估模型的有效性进行验证，其中5个观测点的实测数据如表2所示。

首先利用计算机在1，2，3，4四个电能质量等级区间随机各选取3个训练样本，按照评估模型的规范化方法规范化后的样本数据如表3所示。在计算机上利用Matlab 7.0软件编写基于SVR的电能质量评估模型算法，通过对规范化训练样本的训练，将支持向量回归机的参数设置为：[C=1 000，][ε]=0.001，[σ=]10。以后5个训练样本为例，评估模型预测的电能质量等级分别为3.000 1，3.000 1，4.000 1，3.999 9和3.999 9，从中可以看出，评估模型预测的等级误差极小，训练效果较好。

为了检验所建立评估模型的推广能力，对表2中的5个观测点的电能质量数据进行规范化处理，利用基于SVR的电能质量评估模型进行预测，得到的电能质量评估结果和文献[4?7]的评估结果见表4。

从表4中可以看出，本文的评估结果与其他方法得出的评估结果相一致，这里以观测点1为例进行说明。按照电能质量的等级区间，观测点1的电压闪变、谐波畸变率、三项不平衡度、频率偏差和需求侧服务5个评估指标为2级，电压偏差、电压波动、暂态压降和供电可靠性4个评估指标为3级，但电压偏差和暂态压降2个评估指标值均处于3级的下界即向2级的上界靠近，所以总体上评估为2.32级较为合理。

5 结 论

针对传统电能质量评估方法在指标权重确定方面存在的不足，以及基于神经网络的电能质量评估方法存在的网络结构不好确定、容易陷入局部极值和处理小样本推广性欠佳等问题，提出了一种新的基于支持向量回归机的电能质量评估方法。最后给出的应用实例结果表明，本文建立的基于SVR的电能质量评估模型具有较强的泛化能力，得出的评估结果更加合理具有较强的说服力，该评估模型具有一定的理论意义和实用价值。

参考文献

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篇7

【关键词】电能质量因素

一、电能质量

当前世界上还尚未对电能质量的概念给出确切的定论。总体而言，电能质量主要受到电压、频率以及供电三个主要方面因素的影响。

1.1电能质量的衡量指标

（1）电压发生中断。在供电过程中如果出现某一瞬间或者某一时段内一相、多相没有电压的情况我们就称之为断电。（2）频率出现偏差。不同国家对于电能质量的频率偏差均已做出了相关规定。频率的偏差越大，电能质量越低。（3）电压发生下降或者上升（二者又合称为电压发生偏差）。其中，电压下降的时间低于一分钟并且下降幅值介于0.1到0.9之间，系统的频率仍然处在标称值范围内的情况叫做电压下降；电压上升的时间也不超过一分钟且上升幅值介于1.1到1.8之间，系统的频率也是在标称值的范围之内的情况叫做电压上升。（4）电压发生波动或者闪变。我们把包络线当中的电压规律性变化并且变化其幅值一般介于0.9到1.1之间的情况称为电压的波动。（5）出现瞬时脉冲。瞬时脉冲是指在瞬间出现在相邻的稳态之间的电压或者电流发生变化的情况。瞬时脉冲的频率越高点电能质量越不稳定。（6）电压出现切痕，衡量是否出现这种情况的标准是电压扰动不超过半个周期。其发生原因是在电流进行相位转换的时候因为存在瞬时短路的情况而导致的。

二、影响电能质量的多种因素

随着用电单位的剧增，大量电器不断增多且用电量逐步提高，供电单位面临巨大的供电缺口，这也给电能质量造成了不好的影响。此外，越来越多的非线性负荷出现在供用电的系统中。例如大量的节能装置的出现和变频设备的出现，还有炼钢电弧炉、起重机等在电网中产生了非线性的负荷；其次，高速电梯、高速铁路等会产生高速变化的冲击性负荷，这都影响了电能质量。谐波的产生是指因为电力系统中存在的一些新型的用电设备会产生线性阻抗，产生非线性的和冲击性的负荷电气设备在工作时把谐波传送到电网中，以此产生谐波电压，使电力系统中的正弦波偏离正弦。

三、电能质量标准

3.1供电电压偏差标准

电压偏差是在一段时间内实际电压偏离理想电压的程度。电压偏差越大则说明电能质量越差。电压偏差允许在一定范围内浮动，随着实际电压大小的变化，这个范围也不断变化。一般来说，偏差值范围在额定电压上下的7%范围内。根据供电电压偏差标准（GB/T 12325―2003）规定，高于35 kV的供电电压的电压偏差值不超过10%；低于20 kV的三相供电电压的电压偏差不超过7%；220 V的单相供电电压的电压偏差在- 10%～+7%范围内波动。

3.2电压波动和闪变标准

由于谐波的注入，电力系统的电压受到影响，尤其是当大量的冲击性负荷设备运用时，造成了电压不稳，电压时高时低，给电子产品正常工作造成了巨大的危害。电气设备在工作时，时而功率大于额定值，时而低于额定值，不仅电气设备的工作效率降低，而且大大降低了电气设备的使用寿命。电压波动和闪变标准（GB/T 12325―2003）对电压波动和闪变的允许值进行了限定。例如对电力系统公共连接点闪变限值的限定值为：当供电电压小于或者等于110 kV时，闪变限值为1，当供电电压大于110 kV时，闪变限值为0.8。

3.3三相电压不平衡标准

在电力系统中，经常出现三相电压不平衡的问题，这是因为三相负荷不均衡等因素造成的，消除三相电压不平衡对减少设备故障有重要的作用。三相电压不平衡标准（GB/T 15543―2008）对三相电压的不平衡度得限值做了限定，正常运行时三相电压的不平衡可以存在，但负序电压不平衡度小于2%，短时小于4%。单个用电单位对电力系统公共连接点产生的负序电压不平衡度小于1.3%，短时小于2.6%。

3.4电力系统频率偏差标准

在我国，电力系统中电流的频率为50 Hz，这样大量的用电设备的额定频率大部分按照50 Hz的标准制造，因此，限定电力系统中的频率对提高用电设备的生产效率，提高设备的使用寿命具有重要的作用。电力系统频率偏差标准（GB/T 15945―2008）对电力系统中频率的偏差限值做了规定。例如电力系统的频率偏差一般要限定在50±0.2 Hz的范围内。当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5 Hz；用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不超过±0.2 Hz。

四、电能质量问题实例分析及提高电能质量设备介绍

4.1汽车充电桩

它是一种非线性设备，在运行过程中会产生谐波，谐波注入供电系统后会造成电网电能质量降低等负面影响。充电桩具体工作流程如图1，电网10 kV的电压输入充电站，经过匝数比为10 000/380的变压器，得到380 V的电压，该电压经过电度计量等充电桩内部装置后，对充电车进行正常充电。

4.2提高电能质量的设备

不间断的电源，在电力系统正常工作时，对电网起到稳压的作用，当电力系统突然中断时，作为新的电能来源，保证用电单位电能不中断。配电系统静止无功补偿器，抑制配电系统中的电压闪变，从而保证配电系统中电流与电压的相互平衡；动态电压调节器，顾名思义，调节电力系统中的电压，避免电压过度不平衡，减小谐波的影响等。

4.3提高电能质量的措施

1.基于电力电子技术，抑制谐波。安装谐波补偿装置；采用新型整流电路；利用相数倍增法抑制谐波。2.利用配电网灵活交流输电系统（D-FACTS）提高电能质量。目前具有代表性的装置有静止无功补偿装置（SVC）、可控串联补偿电容器（TCSC）。3.加强电力管理，采用合理的政策。建立完善的电能质量监测预警体系；在生产和输送电能过程中加强规范化做作业；统筹管理、安排其他国民经济生产部门的用电情况，减少对电网的冲击。

五、结语

笔者通过分析产生电能质量问题的多种因素，总结了电能质量的分析方法，对如何提高电能质量，提供一些建议。我们要随时检测电能质量，及时发现问题，用科学的方法解决问题，保证用电设备的正常运行。

参考文献

篇8

关键词：电能质量；污染来源；影响

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0113-02

随着我国电力工业的飞速发展，新能源发电广泛接入电网以及发电机本身制作工艺的原因，电网电源出现了非线性干扰。此外，大量的非线性负荷和不对称负荷接入电网，也导致了电能质量不断恶化。电能质量的恶化及其所带来的问题已经引起电力运行部门和对电能质量敏感用户的关注，因而对电能质量的研究尤为重要。

1 电能质量的定义及其主要评价指标

1.1 电能质量定义

由于看待问题的角度和对电能质量的具体要求不同，电力企业和电力用户对电能质量的定义往往会产生很大的区别。为了方便监管和控制，电力企业更倾向于认为：电能质量问题是各种电力系统干扰问题的总称，其实质是电压和频率质量问题。电力用户是以生产为目标的，他们认为合格的电能质量是指电源特性能够完全满足生产的需要。

1.2 电能质量主要评价指标

1.2.1 电压偏差

电压偏差是指供电系统在正常运行条件下，某一节点的实际电压与系统标称电压之间的差值，一般也表示为节点的运行电压与系统标称电压之差对系统标称电压的百分数，数学表达式为：电压偏差=（实际电压-系统标称电压）/系统标称电压×100%，电力系统的正常运行要求电压偏差在允许的范围内。

1.2.2 频率偏差

频率偏差是对频率质量的全网要求。其定义为：电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差，表达式为：频率偏差=实际频率-标称频率。频率偏差小于标准值时，系统才能够稳定、安全运行。

1.2.3 三相不平衡

三相不平衡可以从两个角度来看，三相平衡是指三相电量（电压或电流）数值相等，频率相同，相位互差120°的情况，不同时满足这三个条件即为三相不平衡。另外，三相不平衡也定义为在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。为了充分利用系统资源，降低不对称运行对系统的干扰，一般不允许电力系统长期运行在三相不对称状态。

1.2.4 谐波和间谐波

谐波一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，频率是基波频率整数倍频率的正弦电压或电流。频率是基波频率非整数倍的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。谐波将对系统各设备产生干扰，因而要求系统谐波控制在一定的范围内。

2 电能质量污染主要来源及其影响

导致电能质量产生问题的原因是多种多样的，但归纳起来主要有以下两点：

①变动幅度大、变化周期长的用电设备，目前，我国电力系统中存在着大量快速变化的负荷，如电炉、压延机械、电气机车等，它们的电力负荷具有冲击性而且是难以准确预测的，可能导致系统的不对称运行和电压、频率偏差等问题。

②电源的部分非线性和电力负荷的非线性，非线性电源和设备在使用过程中会产生非正弦波形电流，非正弦电量经傅里叶分解后将给电网引入谐波污染，这就会导致母线连接点的电压波形发生畸变，从而影响到电能质量。

2.1 电压偏差问题的来源及其影响

一般来讲，引起电压偏差的原因大致可以分为无功功率不平衡、线路电抗过大、电力负荷偏离额定负荷过大等，其中无功功率不平衡是造成电压偏差的主要原因。

电压偏差对用电设备和电力系统都会造成较大的影响。用电设备是按照额定电压进行设计、制造的。当用电设备长期偏离正常工作电压范围工作，将降低其运行效率和使用寿命。例如洗衣机、电风扇等使用到单相异步电动机的家用电器，电压过低会影响电动机的起动，使其转速降低、电流增大，增加了线损，严重的甚至会烧毁绕组；电压过高则有可能损坏绝缘或由于励磁过大而发生过电流。

根据电力系统稳定性理论，在单机无穷大系统中，电力系统的静态极限功率也与电网电压水平有很大关系。三相功率：

P=■sinδ

其中E代表发电机电动势，U为系统线电压，δ代表E、U之间的相位角，X■是线路总阻抗。

可以看出在其他条件保持不变的情况下，系统功率和系统电压成正比关系，电压偏低时，静态稳定极限功率将降低，电力系统的静态稳定性也随之降低。

此外，如果电压偏差类型为电压跌落，将不利于电网的经济运行。在传输功率一定的情况下，电压越小，流过线路的电流就越大，电力线路和变压器绕组的损耗也会随之大大增大，实际可输送到用户端的功率减少，电力系统运行效率下降，供电成本上升。

2.2 频率偏差的产生原因及其影响

引起电力系统频率偏差的主要原因是负荷的波动，负荷波动主要有三种类型，第一种是变动幅度小，变化周期短，偶然性很大的负荷；第二种是变化幅度大，周期也较长的负荷；第三种负荷变动幅度最大，周期也最长。第二种负荷变动变化周期一般在10 s～3 min，它是引起系统频率偏差的最主要因素，一般包括电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动。

用户使用的电动机转速和系统频率有关。频率偏差将引起电动机转速的变化，从而影响产品的质量。系统频率的不稳定甚至会造成电子设备无法工作。频率偏低时，对变压器而言，为保持电压不变，磁通密度将增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流相应增大。频率偏高时，发电机将高于额定转速运行，降低了系统运行的经济性。高频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的使用寿命，甚至是叶片断裂。因此，电力系统的频率偏差必须控制在一个合理的范围内。

2.3 三相不平衡问题的来源及其影响

现在电力系统都是三相运行的，尽管电力部门在装接单相用户时已充分考虑到负荷的均衡分布，但在实际工作及运行中，由于大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时特性等，都有可能造成三相负载的不平衡。

三相不平衡运行的主要影响体现在以下几个方面：

①电能损耗增加。在三相四线制供电网络中，三相不平衡运行时，中性线上将有电流流过，由于中性线阻抗的存在，中性线电流将产生电能损耗，输电效率也相应降低。此外，三相不对称运行还会增加配电变压器的电能损耗，配电变压器的绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，三相不平衡时，对于超出单相额定值的相，流过绕组的电流将超出额定范围，从而造成配变损耗的增加。

②影响用电设备的安全运行。在三相负载不平衡时，三相输出电流也不再保持平衡，根据基尔霍夫电流定律，中性线上也会有电流流过，由于线路阻抗的存在，中性线电流将在中性线上产生压降，中性点将偏离三相电压构成的三角形的中心，向负载重的相所代表的点移动，即中性点将产生位移，各相相对于中性点的相电压也随之发生变化。一般来说，负载重的相电压降低，而负载轻的相电压升高。电力系统在这样的条件下运行很容易造成负载有的相电压高于用电设备额定电压而损坏设备，而有的相电压可能远低于额定电压而不能正常工作。

2.4 谐波的产生及其影响

谐波一般是由设备和负荷的非线性产生的。设备和负荷的非线性是指流过的电流和所产生的电流不成正比，即使输入的波形为正弦，输出波形仍将偏离正弦波形。

电力系统中，设备的非线性主要包括发电机和变压器的非线性导致电动势波形偏离正弦波形，在稳态运行时，他们产生的谐波干扰只占系统谐波的一小部分。电力系统中的谐波更多来源于包括变频调速设备、整流器、不间断电源UPS、直流电源等在内的电力电子设备，这些设备在工作时会产生大量的谐波并注入到电网中。由于本身的工作特性，无论给这些设备提供怎样标准的正弦电压，他们都会对电网产生比较可观的谐波干扰，在进行电力系统谐波分析时，一般把他们看作谐波源，谐波源的存在将导致电流和电压波形产生畸变，电能质量也随之下降。

谐波对电力系统的各个环节都有可能造成危害。在发电部分，谐波的存在会使电力变压器和发电机损耗增大，电缆过热，产生过热损坏，绝缘老化等损害；在输配电环节，谐波则会造成电网的品质变坏，波形失真增大，频率发生改变，过度地消耗电网中的无功功率和电流有效值，电网的负担也将加重，可用容量下降；电能的生产和输配都是为用户服务的，电能质量的好坏也是有用户决定的，因此在用电环节谐波表现出来的影响最大，谐波会造成敏感性负载受干扰，计算机出错甚至死机；保护装置异常动作，开关误跳闸；伺服电机产生脉动，交流电机产生振动，噪音增大；产生线路传导电磁干扰，数字传输故障；照明设备和显示器产生闪烁等。

3 结 语

随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网电源存在非线性，各种非线性负荷不断增长，电能质量的干扰因素越来越多。各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备不断接入电网，电能用户对电能质量的要求也越来越高，因此系统运行人员必须采取有效措施分析和监控电力系统电能质量。

参考文献：

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[3] 戚国彬.电压质量评定与谐波手册[M].北京：中国电力出版社，2000.

[4] 肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2004.

篇9

基于无线通信的电能质量监测系统结构如图1所示．该系统的结构由监测终端和监测主站两部分组成，包括近距点监测和远距点监测两种类型监测点．其中，近距离监测点采用标准的RS485通讯电缆实现采集数据和主站控制命令的传输；远距监测点采用无线通信模块实现采集数据和监测主站控制命令的远程传输管理．监测终端采用多功能综合电能质量测试仪表，用于采集配电变压器的各种电力参数．该电表可测量电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、线路频率、电能、谐波量等多种电量参数，且带有RS485输出，采用国际标准Modbus通讯协议．监测点与智能电表间的硬件接线如图2所示。为了实现系统远距点的数据采集和传输功能，本文采用了SM5X系列工业级无线通信模块，带有RS485接口，可实时收发通信，传输距离大于6000m．通过SM5X系列无线通信模块将所采集的数据传送给监测主站．同时，也可以接收由监测主站发送的控制命令，实现监测范围内的无线数据传输．监测主站的功能是根据国家标准对配电网供电质量的要求，实时地将无线通信模块发送来的各配变电监测终端所采集的数据进行统计、记录、分析、计算与处理．同时，通过无线通信模块将监测主站的监测命令发送给各配变电监测终端，包括数据采集、远程控制等．

2监测系统软件开发

2．1软件设计在本系统中，每个监测点可监测的电能质量参数有各相、线的电压值、电流值、电压谐波量、电流谐波量、有功功率、无功功率、功率因数、频率、累计有功电量、累计无功电量等．所有被监测数据都需实时传送给监测主站计算机．系统软件设计采用模块化设计思路，采用RS485串口通讯模式，使用VB6．0高级面向对象语言编写，包括系统管理、数据采集显示、数据记录与分析、历史数据查询、报表打印和实时监控报警等模块，实现数据的实时采集、处理、分析（谐波诊断）、显示、记录和选择打印．由于本系统主要面向于配电网电能质量的监测，可忽略瞬时、突变的谐波污染．因此，日均记录数据量不大．故本文中数据的记录、查询、生成报表打印等都采用了较为简便的方法，通过VB6．0调用MicrosoftExcel实现．监测主站系统软件设计流程图如图3所示．

2．2软件实现多功能综合电量测试电表采用Modbus通信协议进行通讯．该协议定义了两种不同的传输模式：ASCII模式和远程测控终端系统（RemoteTer－minalUnit，RTU）模式．电表支持RTU模式，该模式以十六进制形式传送和接收数据，其发送、接收数据帧格式见表1．软件编程采用触发MSCommOnComm事件方式实现数据的采集，其主流程图如图4所示．文中以某一电表对应的软件流程为例进行说明．系统启动后，首先进行系统初始化．若初始化不成功，则发出报警信号；反之，则确认是否下达数据采集指令．在确认数据采集指令后，创建Excel并打开Excel工作簿，之后打开、激活Excel工作表．完成Excel工作表初始化后，由定时器定时发送数据采集请求．当串口接收缓存区中数据长度满足要求时，串口发生中断，系统进行数据采集、处理、显示和记录；若条件不满足，则表示未能采集到数据或设备通信故障，再次发送数据采集请求等待串口接收数据．若连续五次以上采集数据不成功，即（a＞5），则报警提示系统或设备通信故障。

3系统试验与应用实践

本文设计的电能质量在线监测系统在实验楼内进行试验，验证了它的可靠性．测试软件子界面如图5所示．试验结果表明楼内电压谐波量平均值为2．3％，电流平均值为5％，最高达到7．9％．这是因为楼内实验室中加入了很多电力电子等仪器和设备，使得整栋楼内的谐波偏高，但保持在标准值范围内．目前，该电能质量在线监测系统已成功应用于某大型炼铜厂．由于炼铜工业引入了大型的三相半波可控整流带电解池负载，产生了大量高次谐波，恶化了电能质量，对电力系统产生了不可忽视的影响．供电局要求加载无功补偿装置以减少谐波的影响，并提供可靠的实际电力运行数据作为有效证明．因此，本文提出了电能质量监测系统．该炼铜厂有3个高低压配电室共5组监测点，如图6所示．其中3组远距监测点，2组近距监测点．电流传感器CT和电压传感器PT的变比均依待测点电网参数选取．部分运行参数见表2．经长时间的实践运行，积累的历史数据表明，该炼铜厂电压谐波量达到18％左右，电流谐波竟高达60％左右．这是由于该炼铁厂使用大功率整流装置进行炼铜所致．截至目前，该系统尚未出现软件和硬件方面的问题，说明本系统可以满足长时间不死机、不软件重启等要求，具有高度稳定性．

4结论

篇10

关键词：逆变焊机 电能质量 检测

中图分类号：TG433 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2014）05（a）-0119-02

电焊机是现代工业必不可少的重要工艺装备。随着科学技术的发展，各种性能优良的功率器件相继出现，逆变技术得到了迅猛发展。由于具节省铜、硅钢片等原材料，大幅度降低制造成本，减少电耗，改善焊接性能，易于实现智能化、自动化等特点，逆变焊机自问世以来得到了广泛应用。目前，发达国家和中国的许多焊机制造企业几乎全部进入到逆变式焊机时代。随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求越来越高，电网电能质量的好坏直接影响到逆变焊机的工作质量、工作效率甚至能否正常工作；另一方面由于逆变焊机其电源部分带有整流逆变环节，在作业过程中其输入、输出电流存在非正弦、非周期现象，使电网中产生大量的高次谐波，引起电网电压波形畸变或电压波动和闪变，对供电电能质量造成干扰或污染，对其他邻近设备产生严重影响。

1 逆变焊机原理

逆变焊机其原理为：工频交流电经整流、滤波后变成直流电，再通过大功率开关电子元件（如场效应管MOSFET或IGBT）的交替开关作用，把直流电逆变几千赫兹到几万赫兹的中频交流电压，经主变压器降压后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。其工作过程简单表示为：工频交流-直流-中频交流-直流。

2 逆变焊接机对电能质量的影响

在供电线路末端，大功率逆变焊接机在焊接工作时往往会引起电压的跌落，引起电压的偏差，这种偏差是稳态的。其原因是电流流经供电线路阻抗产生压降所致。电压偏差大小与传输导线的线径、传输距离、调压手段、负荷用电特性等有关。电压偏差过大会对焊机的额定性能和电网的正常运行造成危害。

大部分焊机在实际工作中是间歇通电的波动性负荷，它会引起一系列的电压波动；而逆变焊机这种非线性的波动负荷在工作中又可能产生间谐波，其危害之一就是可能引起照明闪烁（闪变）。电压波动和闪变不仅影响人体健康，还会中断照明电源，使设备效率降低，电脑系统运行不正常，引起变频调速系统停顿等事故。

大量单相逆变焊机的使用导致电力系统三相电压的不平衡。三相供电电压不平衡将使电机、变压器等电气设备热损耗增加、绝缘寿命降低、电机发生振动，干扰保护、控制设备的运行，对多相变流器还会产生非特征谐波。如6脉冲整流器，其特征谐波为6k±1次，当电压不平衡时还会出现6k±3次非特征谐波，且随着电压不平衡度的增加，6k±3次非特征谐波也加大。

谐波的产生。逆变焊机其电路输入部分为整流电路，为非线性负载，当电流流经负载时，与所加电压不呈线性关系，形成非正弦电流，交流输入电流波形严重失真，从而产生谐波。而谐波电流在系统阻抗上产生电压降，导致电网出现谐波电压。谐波将使电气设备及导线过载运行，缩短使用寿命并可能导致继电保护、安全自动装置误动作。公用电网谐波不能超过一定的限值。

逆变焊机在焊接时会产生大量高次谐波，高次电压和电流谐波之间存在相移，使无功功率增大，导致焊机的功率因数降低，增加了线路损耗，降低了电压质量，使一些用户增加了电费支出。

3 逆变焊机电能质量的检测

3.1 电压电流检测

逆变焊机输入电压波形为周期性非正弦波。将其分解成基波和谐波电压，基波周期与非正弦电压周期相同。以电压半周期的方均根值来衡量电压的大小。将工频电压半周期T/2分成N个等分点，每隔T/2N逐点取电压瞬时值。设在KT/2N时刻电压的瞬时值为uk，于是方均根值电压

（1）

同理

测量应采用真有效值仪器，真有效值测量适用于所有正弦波和非正弦波电路。如采用平均响应仪器，对于单相整流的测量结果会比真有效值仪器测得的结果低40%以上。

3.2 电压偏差检测

电压是电能质量的一个重要指标，电压产生偏差，将会给用电负荷带来很多的影响，所以在电能质量检查中，电压需要保证其合格性，产生的偏差需要在允许的范围内。

电压偏差为实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示。

获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波。

电压偏差过大，会给焊接机带来严重的影响，不仅会影响其性能，还会造成焊机的损坏。

3.3 电压波动检测

电压波动值为相邻电压方均根值的两个极值Umax和Umin之差，以与标称电压的百分数表示。公式为

3.4 功率检测

通过对逆变焊机功率的检测可知焊机的功能和能效是否满足设计要求。功率分为三种：有功功率、无功功率、视在功率。有功功率又称之为平均功率，非正弦系统中一个周期内瞬时功率的平均值为有功功率，其公式为

基于傅立叶变换，以谐波形式表示为

即

视在功率定义为

功率因数为

在交流正弦波形、线性负载电路中，有功功率为

其中，为电压与电流相位角

三相系统可采用两表法或三表法测量总功率。但在三相非正弦系统中，视在功率的定义还没有统一，计算公式不同使计算出来的功率因数也有很大差别，不能正确反映设备的利用率。

3.5 谐波检测

谐波是一个周期里傅立叶级数中次数高于1的分量。根据傅立叶理论，任何重复波形都可以分解为含基波频率和一系列频率为基波整数倍的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都有不同的频率、幅度和相角。

在逆变焊接机焊接的过程中，使用大功率进行焊接工作时，就会产生大量的谐波，进而影响焊机的焊接质量和焊接机自身的性能和运行的安全性，为此检测逆变焊接机的电能质量，应对焊接机工作中产生的谐波进行检测[3]。发生畸变的波形有谐波含有率、谐波含量、畸变率等特征量，畸变波形谐波电压含有率：

Uh为发生第h次谐波的电压，U1为基波电压。在第h次谐波时，谐波电流含有率：

Ih为第五次谐波时的电流，I1为基波电流。谐波电压含量：

电压谐波畸变率反应了系统电压的质量水平，其公式为

在我国380V标称电压系统中，电压总谐波畸变率限值为5%。

逆变焊机电能检测要获得满意准确的结果，所使用的仪器仪表必须满足相应的测试标准要求，如IEC61000系列标准等。

4 供电容量和供电电源阻抗对电能质量检测的影响

在一些逆变焊机使用现场，观察三相输入电压波形，常常可以看到正弦波的顶部变得平坦，也就是说出现了平顶现象。其原因是由于供电电源容量太低，致使整流负载的脉冲型电流引起电源电压的波形畸变。加大电源容量后这种现象就改善。因此，加大供电系统容量可以抑制谐波影响，减小谐波造成的危害。供电容量越大，系统短路阻抗就越小，谐波电压水平就越低。

同样，输入电流的峰值和真有效值测量结果也受供电电源阻抗的影响。GB15579.1-2004《弧焊设备安全要求 第一部分：焊接电源》规定测量输入电流真有效值时供电电源阻抗应小于等于焊接电源输入阻抗的4%。

因此，提高供电系统容量是保障焊机电能质量检测准确性，也是抑制谐波影响和危害的主要措施之一。

在对逆变焊机的电能质量检测中要保证供电电压符合要求，包括供电电压的幅值、频率和波形。

5 结语

本文分析了逆变焊机对电网电能质量的影响和产生原因，并对电能质量和电能检测做了介绍，指出提高电能质量检测的准确性，除使用的仪器仪表应满足相应测试标准的要求以外，还要关注供电电源的容量和电源阻抗的影响，使供电电压满足测试要求。对逆变焊机的质量提高、电能质量的检测和改善以及逆变焊机的节能检测有一定的指导作用。

参考文献

[1] 康伟.电能质量检测方法及应用研究[D].华北电力大学（河北），2008.